Question

10．工业上利用锌焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，还含有少量FeO、CuO等杂质）制取金属锌的工艺流程如下：回答下列问题：


（1）ZnFe₂O₄是一种性能优良的软磁材料，也是一种催化剂，能催化烯类有机物氧化脱氢等反应．
①ZnFe₂O₄中Fe的化合价是+3，从物质分类角度说，ZnFe₂O₄属于盐（填“酸”、“碱”或“盐”）．
②工业上利用反应ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnFe₂O₄+2CO₂↑+4CO↑+6H₂O制备ZnFe₂O₄．该反应中氧化产物是ZnFe₂O₄、CO₂（填化学式），每生成1mol ZnFe₂O₄，转移电子的物质的量是4mol．
（2）酸浸时要将锌焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率．为达到这一目的，还可采用的措施是增大硫酸的浓度或升高温度、空气搅拌等（任答一条）；已知ZnFe₂O₄能溶于酸，则酸浸后溶液中存在的金属离子有Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺．
（3）净化Ⅰ中H₂O₂参与反应的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；试剂X的作用是调节溶液的pH，促进Fe³⁺水解．
（4）钢铁镀锌是钢铁防护的一种有效方法．按图甲装置进行模拟铁上镀锌的实验，实验结果如图乙所示．乙中横坐标x表示电路中通过电子的物质的量，纵坐标y表示反应物或生成物的物质的量．
①C电极的电极反应式为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
②E可以表示的量是消耗水的物质的量、生成Zn的物质的量、生成硫酸的物质的量等（任写一种）．

Answer 1

分析 将锌焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，还含有少量FeO、CuO等氧化物杂质）酸浸，发生反应ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，向溶液中加入双氧水，发生反应2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，调节溶液的pH将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，调节溶液pH时不能引进新的杂质，可以用ZnO，所以X为ZnO，然后向溶液中加入Zn，发生反应Cu²⁺+Zn=Zn²⁺+Cu，然后过滤，所以Y中含有Cu，最后电解得到Zn，
（1）①ZnFe₂O₄中锌的化合价+2价，氧元素化合价-2价，结合化合价代数和为0计算得到Fe的化合价；
②工业上利用反应ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnFe₂O₄+2CO₂↑+4CO↑+6H₂O制备ZnFe₂O₄．反应过程中铁元素化合价+2价变化为+3价，碳元素化合价+3价变化为+4价好+2价；
（2）酸浸时要将锌焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率．为达到这一目的，还可采用的措施是增大硫酸的浓度或升高温度、空气搅拌等，已知ZnFe₂O₄能溶于酸，则酸浸后溶液中存在的金属离子有，氧化锌溶解得到锌离子、氧化亚铁溶解得到亚铁离子、氧化铜溶解得到铜离子、ZnFe₂O₄能溶于酸得到铁离子；
（3）化Ⅰ中H₂O₂参与反应是双氧水具有氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，试剂X的作用是调节溶液PH，促进Fe³⁺水解生成氢氧化铁沉淀除去；
（4）由甲可知，为电解装置，C为阳极，发生4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，Cu为阴极，发生Cu²⁺+2e^-=Cu；由乙可知，转移4mol电子生成2molE，E为Cu，生成1molF，F为氧气，以此来解答．

解答 解：将锌焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，还含有少量FeO、CuO等氧化物杂质）酸浸，发生反应ZnFe₂O₄+8H⁺=Zn²⁺+2Fe³⁺+4H₂O、ZnO+2H⁺=Zn²⁺+H₂O、FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O、CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，向溶液中加入双氧水，发生反应 2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2 Fe³⁺+2H₂O，调节溶液的pH将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，调节溶液pH时不能引进新的杂质，可以用ZnO，所以X为ZnO，然后向溶液中加入Zn，发生反应Cu²⁺+Zn=Zn²⁺+Cu，然后过滤，所以Y中含有Cu，最后电解得到Zn，
（1）①ZnFe₂O₄中锌的化合价+2价，氧元素化合价-2价，结合化合价代数和为0计算得到Fe的化合价，+2+x×2+（-2）×4=0，x=+3，从物质分类角度说，物质是酸根离子和金属阳离子构成，所以ZnFe₂O₄属于盐，
故答案为：+3；盐；
②工业上利用反应ZnFe₂（C₂O₄）₃•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnFe₂O₄+2CO₂↑+4CO↑+6H₂O制备ZnFe₂O₄．反应过程中铁元素化合价+2价变化为+3价，碳元素化合价+3价变化为+4价好+2价，则氧化产物为：ZnFe₂O₄、CO₂，每生成1mol ZnFe₂O₄，碳元素化合价+3价变化为+2价降低得到电子，每生成1mol ZnFe₂O₄，生成4molCO转移电子的物质的量是4mol，
故答案为：ZnFe₂O₄、CO₂；4mol；
（2）酸浸时要将锌焙砂粉碎，其目的是提高酸浸效率．为达到这一目的，还可采用的措施是增大硫酸的浓度或升高温度、空气搅拌等，已知ZnFe₂O₄能溶于酸，则酸浸后溶液中存在的金属离子有，氧化锌溶解得到锌离子、氧化亚铁溶解得到亚铁离子、氧化铜溶解得到铜离子、ZnFe₂O₄能溶于酸得到铁离子，所以得到的金属离子有：Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，
故答案为：增大硫酸的浓度或升高温度、空气搅拌等；Zn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺；
（3）净化Ⅰ中H₂O₂参与反应是双氧水具有氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，试剂X的作用是调节溶液PH，促进Fe³⁺水解生成氢氧化铁沉淀除去，
故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；调节溶液的pH，促进Fe³⁺水解；
（4）由甲可知，为电解装置，C为阳极，发生4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，Cu为阴极，发生Cu²⁺+2e^-=Cu，总反应为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，结合乙可知，转移4mol电子生成2molE，生成1molF，
①C为阳极，电极的电极反应式为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案为：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
  ②由总反应可知，Cu与水的物质的量相同，则E表示反应消耗水的物质的量，由电子与物质的物质的量的关系可知E表示反应生成锌的物质的量，也可以为生成硫酸的物质的量，
故答案为：消耗水的物质的量、生成Zn的物质的量、生成硫酸的物质的量．

点评 本题考查物质的分离和提纯，为高考高频点，侧重考查学生分析、判断、知识运用及基本操作能力，能从整体上分析解答，知道流程图中每个步骤发生的反应、操作方法，题目难度中等．